人物生平
約翰·馮·諾依曼 ( John Von Neumann,1903-1957),美藉匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布達佩斯,父親是一個銀行家,家境富裕,十分注意對孩子的教育。馮·諾依曼從小聰穎過人,興趣廣泛,讀書過目不忘。據(jù)說他6歲時就能用古希臘語同父親閑談,一生掌握了七種語言。最擅德語,可在他用德語思考種種設(shè)想時,又能以閱讀的速度譯成英語。他對讀過的書籍和論文。能很快一句不差地將內(nèi)容復(fù)述出來,而且若干年之后,仍可如此。1911年一1921年,馮·諾依曼在布達佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書期間,就嶄露頭角而深受老師的器重。在費克特老師的個別指導(dǎo)下并合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文,此時馮·諾依曼還不到18歲。1921年一1923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)。很快又在1926年以優(yōu)異的成績獲得了布達佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位,此時馮·諾依曼年僅22歲。1927年一1929年馮·諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。1930年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位,西渡美國。1931年他成為美國普林斯頓大學(xué)的第一批終身教授,那時,他還不到30歲。1933年轉(zhuǎn)到該校的高級研究所,成為最初六位教授之一,并在那里工作了一生。 馮·諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽博士.他是美國國家科學(xué)院、秘魯國立自然科學(xué)院和意大利國立林且學(xué)院等院的院士. 1954年他任美國原子能委員會委員;1951年至1953年任美國數(shù)學(xué)會主席! 1954年夏,馮·諾依曼被使現(xiàn)患有癌癥,1957年2月8日,在華盛頓去世,終年54歲。
學(xué)術(shù)成就
數(shù)學(xué)領(lǐng)域
馮·諾依曼在數(shù)學(xué)的諸多領(lǐng)域都進行了開創(chuàng)性工作,并作出了重大貢獻。在第二次世界大戰(zhàn)前,他主要從事算子理論、集合論等方面的研究。1923年關(guān)于集合論中超限序數(shù)的論文,顯示了馮·諾依曼處理集合論問題所特有的方式和風(fēng)格。他把集會論加以公理化,他的公理化體系奠定了公理集合論的基礎(chǔ)。他從公理出發(fā),用代數(shù)方法導(dǎo)出了集合論中許多重要概念、基本運算、重要定理等。特別在1925年的一篇論文中,馮·諾依曼就指出了任何一種公理化系統(tǒng)中都存在著無法判定的命題。
1933年,馮·諾依曼解決了希爾伯特第5問題,即證明了局部歐幾里得緊群是李群。1934年他又把緊群理論與波爾的殆周期函數(shù)理論統(tǒng)一起來。他還對一般拓撲群的結(jié)構(gòu)有深刻的認識,弄清了它的代數(shù)結(jié)構(gòu)和拓撲結(jié)構(gòu)與實數(shù)是一致的。他對算子代數(shù)進行了開創(chuàng)性工作,并奠定了它的理論基礎(chǔ),從而建立了算子代數(shù)這門新的數(shù)學(xué)分支.這個分支在當代的有關(guān)數(shù)學(xué)文獻中均稱為馮·諾依曼代數(shù).這是有限維空間中矩陣代數(shù)的自然推廣。 馮·諾依曼還創(chuàng)立了博弈論這一現(xiàn)代數(shù)學(xué)的又一重要分支。
1944年發(fā)表了奠基性的重要論文《博弈論與經(jīng)濟行為》。論文中包含博弈論的純粹數(shù)學(xué)形式的闡述以及對于實際博弈應(yīng)用的詳細說明。文中還包含了諸如統(tǒng)計理論等教學(xué)思想。馮·諾依曼在格論、連續(xù)幾何、理論物理、動力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、氣象計算、原子能和經(jīng)濟學(xué)等領(lǐng)域都作過重要的工作。
計算機領(lǐng)域
馮·諾依曼對人類的最大貢獻是對計算機科學(xué)、計算機技術(shù)和數(shù)值分析的開拓性工作。
現(xiàn)在一般認為ENIAC機是世界第一臺電子計算機,它是由美國科學(xué)家研制的,于1946年2月14日在費城開始運行.其實由湯米、費勞爾斯等英國科學(xué)家研制的"科洛薩斯"計算機比ENIAC機問世早兩年多,于1944年1月10日在布萊奇利園區(qū)開始運行.ENIAC機證明電子真空技術(shù)可以大大地提高計算技術(shù),不過,ENIAC機本身存在兩大缺點:(1)沒有存儲器;(2)它用布線接板進行控制,甚至要搭接幾天,計算速度也就被這一工作抵消了。ENIAC機研制組的莫克利和埃克特顯然是感到了這一點,他們也想盡快著手研制另一臺計算機,以便改進。
1944年,諾伊曼參加原子彈的研制工作,該工作涉及到極為困難的計算。在對原子核反應(yīng)過程的研究中,要對一個反應(yīng)的傳播做出“是”或“否”的回答。解決這一問題通常需要通過幾十億次的數(shù)學(xué)運算和邏輯指令,盡管最終的數(shù)據(jù)并不要求十分精確,但所有的中間運算過程均不可缺少,且要盡可能保持準確。他所在的洛·斯阿拉莫斯實驗室為此聘用了一百多名女計算員,利用臺式計算機從早到晚計算,還是遠遠不能滿足需要。無窮無盡的數(shù)字和邏輯指令如同沙漠一樣把人的智慧和精力吸盡。
被計算機所困擾的諾伊曼在一次極為偶然的機會中知道了ENIAC計算機的研制計劃,從此他投身到計算機研制這一宏偉的事業(yè)中,建立了一生中最大的豐功偉績。
1944年夏的一天,正在火車站候車的諾伊曼巧遇戈爾斯坦,并同他進行了短暫的交談。當時,戈爾斯坦是美國彈道實驗室的軍方負責(zé)人,他正參與ENIAC計算機的研制工作。在交談在,戈爾斯坦告訴了諾伊曼有關(guān)ENIAC的研制情況。具有遠見卓識的諾伊曼為這一研制計劃所吸引,他意識到了這項工作的深遠意義。
EDVAC方案
馮·諾依曼由ENIAC機研制組的戈爾德斯廷中尉介紹參加ENIAC機研制小組后,便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員,向著更高的目標進軍.1945年,他們在共同討論的基礎(chǔ)上,發(fā)表了一個全新的“存儲程序通用電子計算機方案”--EDVAC(Electronic Discrete Variable AutomaticCompUter的縮寫)。在這過程中,馮·諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)知識,充分發(fā)揮了他的顧問作用及探索問題和綜合分析的能力。諾伊曼以“關(guān)于EDVAC的報告草案”為題,起草了長達101頁的總結(jié)報告。報告廣泛而具體地介紹了制造電子計算機和程序設(shè)計的新思想。這份報告是計算機發(fā)展史上一個劃時代的文獻,它向世界宣告:電子計算機的時代開始了。
EDVAC方案明確奠定了新機器由五個部分組成,包括:運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設(shè)備,并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系.報告中,諾伊曼對EDVAC中的兩大設(shè)計思想作了進一步的論證,為計算機的設(shè)計樹立了一座里程碑。
設(shè)計思想之一是二進制,他根據(jù)電子元件雙穩(wěn)工作的特點,建議在電子計算機中采用二進制。報告提到了二進制的優(yōu)點,并預(yù)言,二進制的采用將大簡化機器的邏輯線路。
實踐證明了諾伊曼預(yù)言的正確性。如今,邏輯代數(shù)的應(yīng)用已成為設(shè)計電子計算機的重要手段,在EDVAC中采用的主要邏輯線路也一直沿用著,只是對實現(xiàn)邏輯線路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進。
程序內(nèi)存是諾伊曼的另一杰作。通過對ENIAC的考察,諾伊曼敏銳地抓住了它的最大弱點--沒有真正的存儲器。ENIAC只在20個暫存器,它的程序是外插型的,指令存儲在計算機的其他電路中。這樣,解題之前,必需先相好所需的全部指令,通過手工把相應(yīng)的電路聯(lián)通。這種準備工作要花幾小時甚至幾天時間,而計算本身只需幾分鐘。計算的高速與程序的手工存在著很大的矛盾。
針對這個問題,諾伊曼提出了程序內(nèi)存的思想:把運算程序存在機器的存儲器中,程序設(shè)計員只需要在存儲器中尋找運算指令,機器就會自行計算,這樣,就不必每個問題都重新編程,從而大大加快了運算進程。這一思想標志著自動運算的實現(xiàn),標志著電子計算機的成熟,已成為電子計算機設(shè)計的基本原則。
1946年7,8月間,馮·諾依曼和戈爾德斯廷、勃克斯在EDVAC方案的基礎(chǔ)上,為普林斯頓大學(xué)高級研究所研制IAS計算機時,又提出了一個更加完善的設(shè)計報告《電子計算機邏輯設(shè)計初探。以上兩份既有理論又有具體設(shè)計的文件,首次在全世界掀起了一股“計算機熱”,它們的綜合設(shè)計思想,便是著名的“馮·諾依曼機”,其中心就是有存儲程序原則--指令和數(shù)據(jù)一起存儲。這個概念被譽為“計算機發(fā)展史上的一個里程碑”。它標志著電子計算機時代的真正開始,指導(dǎo)著以后的計算機設(shè)計。自然一切事物總是在發(fā)展著的,隨著科學(xué)技術(shù)的進步,今天人們又認識到“馮·諾依曼機”的不足,它妨礙著計算機速度的進一步提高,而提出了“非馮·諾依曼機”的設(shè)想。
個人著作
馮·諾依曼還積極參與了推廣應(yīng)用計算機的工作,對如何編制程序及搞數(shù)值計算都作出了杰出的貢獻. 馮·諾依曼于1937年獲美國數(shù)學(xué)會的波策獎;1947年獲美國總統(tǒng)的功勛獎?wù)、美國海軍?yōu)秀公民服務(wù)獎;1956年獲美國總統(tǒng)的自由獎?wù)潞蛺垡蛩固辜o念獎以及費米獎.
馮·諾依曼逝世后,未完成的手稿于1958年以《計算機與人腦》為名出版.他的主要著作收集在六卷《馮·諾依曼全集》中,1961年出版。
另外,馮·諾依曼40年代出版的著作《博弈論和經(jīng)濟行為》,使他在經(jīng)濟學(xué)和決策科學(xué)領(lǐng)域豎起了一塊豐碑。他被經(jīng)濟學(xué)家公認為博弈論之父。當時年輕的約翰·納什在普林斯頓求學(xué)期間開始研究發(fā)展這一領(lǐng)域,并在1994年憑借對博弈論的突出貢獻獲得了諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎。
20世紀最杰出的數(shù)學(xué)家之一的馮·諾依曼.1946年發(fā)明的電子計算機,大大促進了科學(xué)技術(shù)的進步,大大促進了社會生活的進步.鑒于馮·諾依曼在發(fā)明電子計算機中所起到關(guān)鍵性作用,他被西方人譽為“計算機之父”。而在經(jīng)濟學(xué)方面,他也有突破性成就,被譽為“博弈論之父”。在物理領(lǐng)域,馮·諾依曼在30年代撰寫的《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》已經(jīng)被證明對原子物理學(xué)的發(fā)展有極其重要的價值。在化學(xué)方面也有相當?shù)脑煸,曾獲蘇黎世高等技術(shù)學(xué)院化學(xué)系大學(xué)學(xué)位。他無愧是上世紀最偉大的全才之一。
社會評價
認知能力
Hans Bethe(諾貝爾獎物理學(xué)獲得者):I have sometimes wondered whether abrainlike von Neumann’s does not indicate a species superior to that of man.[5] (我有時在思考馮諾伊曼這樣的大腦是否暗示著存在比人類更高級的生物物種。)
David Blackwell:He was a really remarkable man.He listened to me talk about this rather obscure subject and in ten minutes he knew more about it than I did.He was extremely quick.[6] (他是個出類拔萃的人,我給他大概地講了一下我最近研究的課題,在十分鐘之后他已經(jīng)比我知道的更多了。他的思維真的是異常的敏捷。)
George Pólya:The only student of mine I was ever intimidated by. He was so quick.There was a seminar for advanced students in Zürich that I was teaching and von Neumann was in the class. I came to a certain theorem, and I said it is not proved and it may be difficult. Von Neumann didn’t say anything but after five minutes he raised his hand. When I called on him he went to the blackboard and proceeded to write down the proof.After that I was afraid of von Neumann.(他是唯一的令我感到自己的教師地位受到威脅的學(xué)生,他實在是太敏銳了.有一次我在蘇黎世為研究生們作演講,當時馮諾依曼也在聽課,我提出了一個懸而未決的問題,過了5分鐘馮諾依曼舉起了手,當我叫他的時候他徑直走到了講臺前,寫下了此問題的證明,自此之后我對馮諾依曼感到畏懼。)
Eugene Wigner(諾貝爾物理學(xué)獎獲得者):他很有幽默感,因他這種講故事和笑話的能力很受人即使是陌生人的喜愛,他可以在必要的時候變得簡單快樂,但絕不輕浮愚蠢。馮諾依曼這種非凡的大腦需要理解大部分像我們一樣的人不想去理解的甚至不奢求理解的東西。這個事實影響了馮諾依曼的道德判斷,只有在科學(xué)上的錯誤和不和諧的地方會讓他感到憤怒或者遺憾,在任何人犯了科學(xué)上面的錯誤時,他都會毫不猶豫地糾正別人的錯誤。
Herman Goldstine:[9] 他的一個非凡的能力就是絕對精準的記憶力,據(jù)我所知,馮諾依曼有能力看過一本書或者一篇文章后一字不錯地背誦出來,更甚,他同樣能夠在多年以后不帶絲毫猶豫地做到。他還可以將其實時翻譯成英文背誦出來,而且速度絲毫不減。有一次我為了測試他的能力,問他《雙城記》是怎么開頭的,片刻,他開始背誦第一章節(jié),直到可能10或者15分鐘后我讓他停下來。
成就評價
Miklós Rédei:It seems fair to say that if the influence of a scientist is interpreted broadly enough to include impact on fields beyond science proper, then John von Neumann was probably the most influential mathematician who ever lived.[3] (如果論誰是在科學(xué)領(lǐng)域之間因為數(shù)學(xué)工作而輾轉(zhuǎn),而每做一份工作都能在其領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)學(xué)并產(chǎn)生長遠的影響的,馮諾依曼可以說是有史以來最具有影響力的數(shù)學(xué)家。)
Glimm:he is regarded as one of the giants of modern mathematics.[3] (他被普遍認為是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一位巨人。)
Jean Dieudonné:the last of the great mathematician.(最后一位杰出數(shù)學(xué)家。)
Peter Lax:20世紀最具科學(xué)頭腦的人。